2.1 自然對界

　　struct是一種複合資料型別，其構成元素既可以是基本資料型別（如int、long、float等）的變數，也可以是一些複合資料型別（如array、struct、union等）的資料單元。對於結構體，編譯器會自動進行成員變數的對齊，以提高運算效率。預設情況下，編譯器為結構體的每個成員按其自然對界（natural alignment）條件分配空間。各個成員按照它們被宣告的順序在記憶體中順序儲存，第一個成員的地址和整個結構的地址相同。

自然對界(natural alignment)即預設對齊方式，是指按結構體的成員中size最大的成員對齊。

例如：

struct naturalalign
{
  char a;
  short b;
  char c;
};

 

在上述結構體中，size最大的是short，其長度為2位元組，因而結構體中的char成員a、c都以2為單位對齊，sizeof(naturalalign)的結果等於6；

如果改為：

struct naturalalign
{
  char a;
  int b;
  char c;
};

其結果顯然為12。

2.2指定對界

一般地，可以通過下面的方法來改變預設的對界條件：

使用偽指令#pragma pack (n)，編譯器將按照n個位元組對齊；
使用偽指令#pragma pack ()，取消自定義位元組對齊方式。

注意：如果#pragma pack (n)中指定的n大於結構體中最大成員的size，則其不起作用，結構體仍然按照size最大的成員進行對界。

例如：

#pragma pack (n)
struct naturalalign
{
 char a;
 int b;
 char c;
};
#pragma pack ()

當n為4、8、16時，其對齊方式均一樣，sizeof(naturalalign)的結果都等於12。而當n為2時，其發揮了作用，使得sizeof(naturalalign)的結果為8。

在VC++ 6.0編譯器中，我們可以指定其對界方式, 其操作方式為依次選擇projetct > setting > C/C++選單，在struct member alignment中指定你要的對界方式。

另外，通過__attribute((aligned (n)))也可以讓所作用的結構體成員對齊在n位元組邊界上，但是它較少被使用，因而不作詳細講解。

2.3 面試題的解答

　　至此，我們可以對Intel、微軟的面試題進行全面的解答。

　　程式中第2行#pragma pack (8)雖然指定了對界為8，但是由於struct example1中的成員最大size為4（long變數size為4），故struct example1仍然按4位元組對界，struct example1的size為8，即第18行的輸出結果；

　　struct example2中包含了struct example1，其本身包含的簡單資料成員的最大size為2（short變數e），但是因為其包含了struct example1，而struct example1中的最大成員size為4，struct example2也應以4對界，#pragma pack (8)中指定的對界對struct example2也不起作用，故19行的輸出結果為16；

　　由於struct example2中的成員以4為單位對界，故其char變數c後應補充3個空，其後才是成員struct1的記憶體空間，20行的輸出結果為4。

struct Size2{
 char c1;  
 int i1;    //佔4個位元組
 float f;

 double d1; //佔8個位元組
};
上邊的好像有點問題，這個sizeof（）的結果是24；
目前可以這樣算，1+4+4+8 = 17；求大於17的8的最小倍數，那麼就是24了。


（看了下邊的，知道怎麼回事了，上邊我說的錯了）

struct Size2{
 char c1;   //下一個大小為4，偏移應該可以整除4，所以會填充3個位元組
 int i1;    //下一個大小為4，上邊的4加上int的大小4，所以這個偏移可以。佔4
 float f;  //下一個大小為8，當前正常偏移為12，不可以整除8，所以填充4位，偏移為16
 double d1; //佔8個位元組
};  //最後整體偏移為24，可以整除8。

下邊這個講的比較好

1 從union的sizeof問題看cpu的對界

考慮下面問題：（預設對齊方式）
union u
{
 double a;
 int b;
};
union u2
{
 char a[13];
 int b;
};
union u3
{
 char a[13];
 char b;
};

都知道union的大小取決於它所有的成員中,佔用空間最大的一個成員的大小。所以對於u來說,
大小就是最大的double型別成員a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是對於u2和u3,最
大的空間都是char[13]型別的陣列，為什麼u3的大小是13，而u2是16呢？關鍵在於u2中的成員
int b。由於int型別成員的存在，使u2的對齊方式變成4，也就是說，u2的大小必須在4的對界
上，所以佔用的空間變成了16（最接近13的對界）。

結論：複合資料型別，如union，struct，class的對齊方式為成員中對齊方式最大的成員的對
齊方式.順便提一下CPU對界問題，32的C++採用8位對界來提高執行速度，所以編譯器會盡量把
資料放在它的對界上以提高記憶體命中率。對界是可以更改的，使用#pragma pack(x)巨集可以改
變編譯器的對界方式，預設是8。C++固有型別的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一
個。例如，指定編譯器按2對界，int型別的大小是4，則int的對界為2和4中較小的2。在預設的
對界方式下，因為幾乎所有的資料型別都不大於預設的對界方式8（除了long double），所以
所有的固有型別的對界方式可以認為就是型別自身的大小。更改一下上面的程式：

#pragma pack(2)
union u2
{
 char a[13];
 int b;
};
union u3
{
 char a[13];
 char b;
};

#pragma pack(8)

由於手動更改對界方式為2，所以int的對界也變成了2，u2的對界取成員中最大的對界，也是2了，所以此時sizeof(u2)=14。

結論：C++固有型別的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一個。

9、struct的sizeof問題

因為對齊問題使結構體的sizeof變得比較複雜，看下面的例子：(預設對齊方式下)

struct s1
{
 char a;
 double b;
 int c;
 char d;
};

struct s2
{
 char a;
 char b;
 int c;
 double d;
};

同樣是兩個char型別，一個int型別，一個double型別，但是因為對界問題，導致他們的大小不同。
計算結構體大小可以採用元素擺放法，我舉例子說明一下：首先，CPU判斷結構體的對界，根據上
一節的結論，s1和s2的對界都取最大的元素型別，也就是double型別的對界8。然後開始擺放每個
元素。
對於s1，首先把a放到8的對界，假定是0，此時下一個空閒的地址是1，但是下一個元素d是double
型別，要放到8的對界上，離1最接近的地址是8了，所以d被放在了8，此時下一個空閒地址變成了
16，下一個元素c的對界是4，16可以滿足，所以c放在了16，此時下一個空閒地址變成了20，下一
個元素d需要對界1，也正好落在對界上，所以d放在了20，結構體在地址21處結束。由於s1的大小
需要是8的倍數，所以21-23的空間被保留，s1的大小變成了24。
對於s2，首先把a放到8的對界，假定是0，此時下一個空閒地址是1，下一個元素的對界也是1，所
以b擺放在1，下一個空閒地址變成了2；下一個元素c的對界是4，所以取離2最近的地址4擺放c，
下一個空閒地址變成了8，下一個元素d的對界是8，所以d擺放在8，所有元素擺放完畢，結構體在
15處結束，佔用總空間為16，正好是8的倍數。

這裡有個陷阱，對於結構體中的結構體成員，不要認為它的對齊方式就是他的大小，看下面的例子：

struct s1
{
 char a[8];
};
struct s2
{
 double d;
};
struct s3
{
 s1 s;
 char a;
};
struct s4
{
 s2 s;
 char a;
};

s1和s2大小雖然都是8，但是s1的對齊方式是1，s2是8（double），所以在s3和s4中才有這樣的差異。

所以，在自己定義結構體的時候，如果空間緊張的話，最好考慮對齊因素來排列結構體裡的元素。

10、不要讓double干擾你的位域

在結構體和類中，可以使用位域來規定某個成員所能佔用的空間，所以使用位域能在一定程度上節
省結構體佔用的空間。不過考慮下面的程式碼：

struct s1
{
 int i: 8;
 int j: 4;
 double b;
 int a:3;
};

struct s2
{
 int i;
 int j;
 double b;
 int a;
};
struct s3
{
 int i;
 int j;
 int a;
 double b;
};
struct s4
{
 int i: 8;
 int j: 4;
 int a:3;
 double b;
};

可以看到，有double存在會干涉到位域（sizeof的演算法參考上一節），所以使用位域的的時候，最好
把float型別和double型別放在程式的開始或者最後。

第一次寫東西，發現自己的表達能力太差了，知道的東西講不出來，講出來的東西別人也看不懂，呵呵
。另外，C99標準的sizeof已經可以工作在執行時了，打算最近找個支援C99的編譯器研究一下。

首先拉來看個例子：

struct test
{
char a;
int b;
};
int main()
{
int nSize = sizeof(test);
  return 0;
}

在使用vc編譯器預設設定下得到的nsize是8,而不是5.為什麼要這樣呢？

原來在cpu定址是是8的倍數的地址是最容易找到的，所以在vc預設編譯情況下，都會把結構體按8位元組對齊，這樣就可以提高了編譯出來效率。

vc在project->setting->c/c++中的struct member alignment中可以設定結構體補齊方式，預設情況下是8,如果改成1的話，上面的sizeof得到的結果就是5了。

那麼現在我們還是用預設的8位元組方式，把int b改成short b，得到的結果是多少呢？哈，是4.

原來struct的對齊機制裡面還有另外一個規則就是首先計算結構體內所有基礎型別的長度，最大的長度如果小於vc設定的對齊長度的話，就按最大長度作為結構體的對齊方式。如上面改成short以後，結構體內最大對齊長度是2（short），所以最終的結構體是按2位元組來補齊的，而不是預設的8位元組。

typedef  struct  tagSocketData  { 
   BYTE          nSize; 
   BYTE          nType; 
   DWORD        nDataSize; 
   DWORD        nIndex; 
   SOCKET      socket; 
   DWORD        nDataLength; 
}  SOCKETDATA,  *LPSOCKETDATA; 
 
SOCKETDATA  sd; 
sd.nSize  =  sizeof(SOCKETDATA);    //本來應該是18,  可卻是20 
 
sizeof(SOCKETDATA)  =  20,  本來是18位元組的大小 
實際大小卻是20 
可存為檔案的時候卻是按照18位元組的大小儲存